專利名稱：全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鍋爐飛灰含碳量檢測(cè)裝置，具體的說(shuō)是一種全數(shù)字控制智能 微波測(cè)碳儀。
背景技術(shù)：
微波測(cè)碳儀主要用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)火電廠和城市集中供熱燃煤鍋爐中煤粉燃燒以后 生成的灰中尚未燃盡的碳的百分?jǐn)?shù)(稱為“飛灰含碳量”)，根據(jù)飛灰含碳量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給出 的數(shù)據(jù)及時(shí)適當(dāng)?shù)夭扇】刂平o煤粉量和調(diào)節(jié)鼓風(fēng)等措施使飛灰含碳量盡可能保持在較低 的數(shù)值，達(dá)到節(jié)煤降耗，提高鍋爐效率的目標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中，美國(guó)專利US5109201和US5173662都提出了一種微波測(cè)碳的傳感器 裝置，通過(guò)測(cè)量入射功率、反射功率、投射功率和飛灰重量給出飛灰含碳量的測(cè)量值；中國(guó) 專利00240532. 6，提出了一種用于鍋爐飛灰含碳量檢測(cè)的微波諧振腔傳感器，通過(guò)測(cè)量品 質(zhì)因數(shù)Q值來(lái)確定飛灰含碳量；中國(guó)專利200410026275. 9，提出了一種不受煤種變化影響 的微波測(cè)碳傳感器，則是利用環(huán)形器直接測(cè)量反射功率，檢波后得到測(cè)量值；中國(guó)實(shí)用新型 專利 ZL200520079395. 5 和 ZL200620078384. X 均是在 200410026275. 9 專利技術(shù)的基礎(chǔ)上 進(jìn)行改進(jìn)。以上現(xiàn)有技術(shù)均未提及微波測(cè)碳系統(tǒng)的智能控制，美國(guó)專利均未有論述，中國(guó)專 利則側(cè)重于系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)微波測(cè)碳儀在實(shí)際應(yīng)用中的誤讀誤判、重大測(cè)量誤差和較差 的人機(jī)接口方面沒(méi)有給出解決方法?？偨Y(jié)來(lái)講，在現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中存在以下技術(shù)問(wèn) 題(1)微波測(cè)碳裝置中的微波信號(hào)發(fā)生器(或微波振蕩器或微波頻率源)質(zhì)量較差，頻率 容易發(fā)生漂移，幅度不穩(wěn)定，雜散信號(hào)大，相位噪聲差，這就導(dǎo)致檢波器輸出信號(hào)不穩(wěn)，測(cè)量 結(jié)果非常不準(zhǔn)確，容易造成誤讀誤判；(2)已有專利中均未提及在檢波器輸出信號(hào)后采用 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行數(shù)字處理，實(shí)現(xiàn)測(cè)碳各種功能延時(shí)和精確判讀；(3)已有專利中未提 及人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)方式和數(shù)據(jù)通信方式，在實(shí)際應(yīng)用中存在非常不方便的人機(jī)交互過(guò)程。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出一種全 數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，可以智能控制微波測(cè)碳系統(tǒng)的工作，自動(dòng)鎖定諧振頻率點(diǎn)，通過(guò) 數(shù)字信號(hào)處理完成校準(zhǔn)和測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、精確和穩(wěn)定的在線測(cè)量。本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，包括微波頻率發(fā)生器、諧振腔和檢波器，諧振腔與微 波頻率發(fā)生器通信連接，檢波器與諧振腔通信連接；還設(shè)有數(shù)字信號(hào)處理器、顯示器和上位 機(jī)電腦；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO 口與微波頻率發(fā)生器通信連接，用以控制微波頻率發(fā) 生器對(duì)諧振腔發(fā)射電磁波，并通過(guò)數(shù)字方式控制微波頻率發(fā)生器進(jìn)行諧振頻率掃描；數(shù)字 信號(hào)處理器通過(guò)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器與檢波器通信連接，用于將檢波器傳來(lái)的測(cè)碳回波模擬信 號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行碳灰填充狀態(tài)檢測(cè)、測(cè)碳功率校準(zhǔn)和含碳量計(jì)算的處理；數(shù)字信
3號(hào)處理器通過(guò)串行接口與顯示器通信連接，用以將含碳量數(shù)值傳輸液晶顯示器；數(shù)字信號(hào) 處理器通過(guò)另一個(gè)串行接口與上位機(jī)電腦通信連接，將含碳量數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)電腦進(jìn)行保存。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案還設(shè)有鍵盤，數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO 口與所述鍵盤相連，用以輸入控制指 令。核心控制部件為數(shù)字信號(hào)處理器，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部包括CPU內(nèi)核，用于工作寄存器設(shè) 置和初始化操作；包括存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；包括串行接口和并行接口， 用于數(shù)據(jù)通信；AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器和DA數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以集成于其內(nèi)部，也可以置于器件的外 部。數(shù)字信號(hào)處理器由系列單片機(jī)MCU類芯片、復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)RISC類芯片、數(shù)字 信號(hào)處理器芯片DSP芯片和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片構(gòu)成。數(shù)字信號(hào)處理器由以下典 型芯片構(gòu)成美國(guó)Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)系列；美國(guó)ALMEL公司的AT91SAM9260 處理器單片機(jī)系列；美國(guó)TI公司的PIC系列單片機(jī)TMS320C2x、TMS320C54x、TMS320C6x ； 美國(guó)ARM公司的ARM7x、ARM9x、ARMllX嵌入式產(chǎn)品系列；美國(guó)Xilinx公司的FPGA系列；美 國(guó)Altera公司的FPGA系列。這樣，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器控制微波頻率發(fā)生器的掃頻頻率源鎖定在諧振腔的諧 振頻率上，檢波器將接收到最大的包絡(luò)，解決了微波信號(hào)發(fā)生器質(zhì)量較差，頻率容易發(fā)生漂 移，幅度不穩(wěn)定，雜散信號(hào)大，相位噪聲差的問(wèn)題，可以使檢波器輸出信號(hào)穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn) 確；在檢波器輸出信號(hào)后采用AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行數(shù)字處理，可以進(jìn)行靈活編程實(shí)現(xiàn)測(cè)碳 各種功能延時(shí)和精確判讀；人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)通信的方式，在實(shí)際應(yīng)用中非常方便人 機(jī)交互過(guò)程。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器，可以智能控制微波測(cè)碳 系統(tǒng)的工作，自動(dòng)鎖定諧振頻率點(diǎn)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理完成校準(zhǔn)和測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、快速、精 確和穩(wěn)定的在線測(cè)量。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。圖2是DSP的連接框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例是一種全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，如圖1所示，包括微波頻率發(fā)生器、 諧振腔、檢波器、數(shù)字信號(hào)處理器、顯示器、上位機(jī)電腦和鍵盤；諧振腔與微波頻率發(fā)生器通 信連接，檢波器與諧振腔通信連接；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO 口與微波頻率發(fā)生器通信 連接，用以控制微波頻率發(fā)生器對(duì)諧振腔發(fā)射電磁波，并通過(guò)數(shù)字方式控制微波頻率發(fā)生 器進(jìn)行諧振頻率掃描；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器與檢波器通信連接，用于將檢波 器傳來(lái)的測(cè)碳回波模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行碳灰填充狀態(tài)檢測(cè)、測(cè)碳功率校準(zhǔn)和 含碳量計(jì)算的處理；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)串行接口與顯示器通信連接，用以將含碳量數(shù)值 傳輸液晶顯示器；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)另一個(gè)串行接口與上位機(jī)電腦通信連接，將含碳量
4數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)電腦進(jìn)行保存；數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO 口與鍵盤相連，用以輸入控制 指令。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。早期的計(jì)算機(jī)或微處理器的內(nèi)部 乘法運(yùn)算是靠加法器反復(fù)移位相加實(shí)現(xiàn)的，需要數(shù)十個(gè)時(shí)鐘周期。而DSP設(shè)置了硬件乘法 /累加器，能在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘/加運(yùn)算。為滿足FFT、卷積等數(shù)字信號(hào)處理的特殊 要求，DSP在指令系統(tǒng)中設(shè)置了 “循環(huán)尋址”及“位倒序”尋址指令和其他特殊指令，使得尋 址、排序的速度大大提高。高速數(shù)據(jù)的傳輸能力是高速實(shí)時(shí)處理的關(guān)鍵之一。DSP集成了高速運(yùn)行的DSP內(nèi)核及控制功能豐富的嵌入式處理器內(nèi)核。例如，DSP 可以是內(nèi)部集成有TI公司的C54XCPU內(nèi)核和ARM公司的ARM7TDMIE內(nèi)核的DSP，既具有高 速的數(shù)據(jù)處理能力，又有各種類型的外設(shè)接口和位控能力，大大拓寬DSP在控制領(lǐng)域的應(yīng) 用；還可以是美國(guó)Cygnal公司的C8051F0208位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令 的完成時(shí)間為1或2個(gè)時(shí)鐘周期，峰值處理能力為25MIPS，片上集成有8通道A/D，兩路D/ A，兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器定時(shí)器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個(gè)通用I/O 口、電源 監(jiān)測(cè)、看門狗、多種類型的串行總線(兩個(gè)UART、SPI等)。核心控制部件為數(shù)字信號(hào)處理器，包括CPU內(nèi)核，用于工作寄存器設(shè)置和初始化 操作；包括存儲(chǔ)器，用于數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；包括串行接口和并行接口，用于數(shù)據(jù)通 信；AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器和DA數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以集成于其內(nèi)部，也可以置于器件的外部。數(shù)字信 號(hào)處理器由系列單片機(jī)MCU類芯片、復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)RISC類芯片、數(shù)字信號(hào)處理器芯片 DSP芯片和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片構(gòu)成。數(shù)字信號(hào)處理器由以下典型芯片構(gòu)成美國(guó) Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)系列；美國(guó)ALMEL公司的AT91SAM9260處理器單片機(jī)系 列；美國(guó)TI公司的PIC系列單片機(jī):TMS320C2x、TMS320C54x、TMS320C6x ；美國(guó)ARM公司的 ARM7x、ARM9x、ARMllX嵌入式產(chǎn)品系列；美國(guó)Xilinx公司的FPGA系列；美國(guó)Altera公司的 FPGA系列。本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方 案，均落在本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，包括微波頻率發(fā)生器、諧振腔和檢波器，所述諧振腔與微波頻率發(fā)生器連接，所述檢波器與諧振腔連接；其特征在于還設(shè)有數(shù)字信號(hào)處理器、顯示器和上位機(jī)電腦；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO口與微波頻率發(fā)生器通信連接，用以控制微波頻率發(fā)生器對(duì)諧振腔發(fā)射電磁波，并通過(guò)數(shù)字方式控制微波頻率發(fā)生器進(jìn)行頻率掃描；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器與檢波器通信連接，用于將檢波器傳來(lái)的測(cè)碳回波模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行碳灰填充狀態(tài)檢測(cè)、測(cè)碳功率校準(zhǔn)和含碳量計(jì)算的處理；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)串行接口與顯示器通信連接，用以將含碳量數(shù)值傳輸液晶顯示器；所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)另一個(gè)串行接口與上位機(jī)電腦通信連接，將含碳量數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)電腦進(jìn)行保存。
2.如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，其特征在于還設(shè)有鍵盤，所述數(shù) 字信號(hào)處理器通過(guò)通用IO 口與所述鍵盤相連，用以輸入控制指令。
3.如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)處理 器包括CPU內(nèi)核，用于工作寄存器設(shè)置和初始化操作；所述數(shù)字信號(hào)處理器包括存儲(chǔ)器，用 于數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；所述數(shù)字信號(hào)處理器包括串行接口和并行接口，用于數(shù)據(jù)通
4.如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，其特征在于所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器 集成于所述數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)部，或置于所述數(shù)字信號(hào)處理器的外部。
5.如權(quán)利要求3或4所述的全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，其特征在于所述數(shù)字信號(hào) 處理器由系列單片機(jī)MCU類芯片、復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)RISC類芯片、數(shù)字信號(hào)處理器芯片DSP 芯片和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA芯片構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鍋爐飛灰含碳量檢測(cè)裝置，是一種全數(shù)字控制智能微波測(cè)碳儀，包括微波頻率發(fā)生器、諧振腔和檢波器，還設(shè)有數(shù)字信號(hào)處理器、顯示器和上位機(jī)電腦；核心采用先進(jìn)的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。系統(tǒng)自動(dòng)控制掃頻頻率源鎖定在諧振腔的諧振頻率上保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作；諧振腔內(nèi)測(cè)碳后的回波信號(hào)通過(guò)AD采樣數(shù)字化，采用DSP技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理算法來(lái)實(shí)現(xiàn)智能處理，自動(dòng)完成炭灰的填充狀態(tài)檢測(cè)、測(cè)碳的功率校準(zhǔn)和含碳量的計(jì)算；設(shè)計(jì)良好的人機(jī)接口包括液晶顯示屏和數(shù)字鍵盤，通過(guò)數(shù)字信號(hào)完成系統(tǒng)的人工干預(yù)控制；并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)串行數(shù)據(jù)接口備份存儲(chǔ)，方便后處理和分析，實(shí)現(xiàn)完全智能化。
文檔編號(hào)G01N22/00GK201749090SQ201020227518
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者胡偉東 申請(qǐng)人:胡偉東